855Ko - Association enseignement public et informatique
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1. Domaine d application Simulation d apprentissage Les strat gies p dagogiques du ma tre sont labor es par le syst me auteur selon une strat gie de contr le pr dicative L int gration du syst me expert se fait au niveau du suivi de l apprenant FRAN 88 La repr sentation des connaissances et la cr ation des r gles pour cette expertise seront li es la repr sentation des connaissances dans le syst me auteur S E A O Le syst me d E I A O int grant syst me auteur et syst me expert peut se repr senter par le sch ma suivant Auteur __USAGER _ Apprenant Expert DIALOGUEUR Acquisition justification enrichissement SYSTEME EXPERT Cr ation et suivi de cours SYSTEME Pilotage du syst me expert AUTEUR a SEAO Pilotage du syst me auteur Base d informations E A O BASE DE BASE DE COURS CONNAISSANCES D EAO GENERALES M N BESSAGNET M F CANUT LE BULLETIN DE L EPI 101 III 2 1 Le syst me auteur S E A O SEA 88 Dirig par des menus il est compos de huit parties un diteur de pages d enseignement un diteur de pages graphiques un diteur de sollicitations sur les pages textes ou graphiques cr es un diteur de regroupements permet l animation graphique par incrustations de pages un diteur de modules regroupements de pages cr es par les diteurs pr c dents un diteur de s quences de cours2. TER 88 WEN 87 109 raisonnement doctorat de l UPS Universit Paul Sabatier TOULOUSE GOUARDERES G juil 1986 Repr sentation et manipulation des connaissances dans le dialogue Homme machine en Enseignement Assist par Ordinateur doctorat d tat Universit Paul Sabatier TOULOUSE GOUARDERES G 1988 Cours d E A O de D E A informatique doctorat d tat Universit Paul Sabatier TOULOUSE LAURIERE J L juin 1985 Raisonnement humain et syst mes experts Cognitiva 85 De l Intelligence Artificielle aux Biosciences Juin Paris PosTIC M 1977 Observation et formation des enseignants Col PUF P dagogie d aujourd hui QUERE M 1988 Applications de l informatique la formation Editorial Num ro sp cial TSI Vol 7 1 Dunod Afcet 1988 Manuel d utilisation du syst me auteur SEAO ERIG API TERRAL F juin 1988 Syst me d E T A O sur une situation d apprentissage de la passation d une criture comptable D E A d informatique Laboratoire API Universit Paul Sabatier TOULOUSE WENGER E jan 1987 Artificial Intelligence and Tutoring Systems Computational and Cognitive Approaches to the Communication of Knowledge Morgan Kaufmann Publishers Inc 95 first street Los Altos California 94002 LE BULLETIN DE L EPI CONCEPTION DES TUTEURS INTELLIGENTS
3. d inf rences suite de cours IV 2 Les r sultats L exp rimentation dans diff rentes classes permet d enregistrer les comportements apprenants face un plan pr dicatif du ma tre Une comparaison doit tre tablie entre l attitude attendue par le ma tre et l attitude effective ou comportement de l apprenant Si le comportement de l apprenant est un comportement nouveau la base de connaissances des comportements se trouve incr ment e M N BESSAGNET M F CANUT LE BULLETIN DE L EPI 105 Si par l appel au syst me expert le chemin parcouru par l l ve n a pas t pr vu par le ma tre un nouveau plan pr dicatif est alors impl ment dans la base de connaissances des plans pr dicatifs V LE MODULE D ENSEIGNEMENT PILOTE PAR SYST ME EXPERT Par rapport aux trois expertises pr sent es l exp rimentation pr c dente permet l enrichissement des trois bases de connaissances associ es ainsi que la cr ation d un niveau sup rieur la m taconnaissance relative au pilotage par syst me expert d un module d E A O V 1 Enrichissement des diff rentes bases de connaissances Principe lors du suivi d un cours deux domaines sur trois seront fix s les diff rents tats relev s et non encore existants seront recens s dans la troisi me base gt sur un domaine donn pour une strat gie fix e La partie comportement apprenant de la base sera enrichie par les attitudes d l ves non enco
4. P et Laboratoire A P I Facult des Sciences Universit Paul Sabatier Dpt Informatique Avenue de l Universit 50 chemin des Mara chers 64000 PAU 31062 TOULOUSE C dex T l 59 02 93 93 T l 61 52 92 32 R F RENCES BIBLIOGRAPHIQUES CAN 89 COR 84 CLAN 86 FOU 88 FRA 88 CANUT M F FRAN OIS M C GOUARDERES G jan 1989 Utilisation d un syst me expert pour le diagnostic du comportement apprenant dans une action d Enseignement Assist par Ordinateur Actes des journ es Convention IA 89 Premi re conf rence et exposition europ enne sur les techniques et les applications de l Intelligence Artificielle en milieu industriel et de service Paris CORDIER M O FALLER B KAYSER D et NICAUD J F 1984 E I A O une application des syst mes experts l E A O Bulletin Trimestriel de l E P I CLANCEY V J 1986 Qualitative student models In Traub J F Ed Annual Reviews of Computer Science vol 1 p 381 450 Annual Reviews Inc Palo Alto California FOUCAULT N 1988 Construction d un mod le d apprentissage en vue de la d finition d une maquette pour un syst me de simulation mod lisante DEA l Universit Paul Sabatier Toulouse FRANCOIS M C juin 1988 Int gration d un module intelligent dans un syst me d E A O ses connaissances son M N BESSAGNET M F CANUT LE BULLETIN DE L EPI GOU 86 GOU 88 LAU 85 POS 77 QUE 88 SEA 88
5. celui des r gles de production pour la partie d clarative et d un ensemble de fonctions sp cifiques son contexte pour la partie proc durale La lecture des r gles peut se faire de deux mani res r ductive la d finition du concept de niveau i 1 se fait en fonction du niveau i augmentative la d finition du concept de niveau i se fait en fonction du niveau 1 1 II1 2 3 Le m canisme d inf rences deux modes d utilisations pour l apprenant La r solution d un probl me correspond des chemins mis sous forme de concepts reli s par des propri t s De ce fait les solutions apport es par le moteur d inf rences seront exploit es de la fa on suivante Apr s une question pos e par le ma tre l apprenant si celui ci se trouve en situation de difficult entra nant l appel au syst me expert alors deux sc narios sont pr vus pour une analyse d ductive entra nant deux modes de fonctionnement du moteur d inf rences gt en cha nage avant hypoth ses gt but l hypoth se initiale est l entit sp cifi e dans la r ponse apprenant Le moteur est aliment par un type de r gle augmentatif L apprenant utilise le syst me expert en mode v rification Ce dernier teste si la r ponse de l apprenant est valable si les concepts du cours pr sent ont t effectivement assimil s gt en cha nage arri re but gt hypoth ses le but atteindre est le concept du cours d
6. dialogue global se d compose en un dialogue apparent de surface et un dialogue profond Chaque demi boucle d apprentissage r alise un processus perceptif cognitif constitu de cinq tapes qui sont perception traduction compr hension reformulation ex cution Ce processus est effectivement r alis selon des modes diff renci s d ductifs ou inductifs qui vont correspondre alternativement soit l acquisition d un savoir soit l acquisition d un savoir faire III LE MODULE D ENSEIGNEMENT INTELLIGEMMENT ASSISTE PAR ORDINATEUR Nous n envisageons ici qu un sous ensemble de probl mes o l usager est tant t le ma tre auteur du cours tant t l l ve chacun d eux d veloppant des strat gies initiatives ouvertes dont le contr le est assur soit partir de plans pr dicatifs con us par le ma tre vue du ma tre soit partir de sc narios de r solution effectivement exp riment s par l l ve vue de l l ve Lorsque l apprenant se trouve en situation de difficult celle ci provient soit d une m connaissance des concepts du domaine tudi soit M N BESSAGNET M F CANUT LE BULLETIN DE L EPI 99 d une incompr hension du dialogue soit d un refus des strat gies p dagogiques d velopp es par le ma tre soit des trois la fois II 1 Pr sentation g n rale des diff rents niveaux d expertise L ambition de l E I A O est de simuler le comportement d un enseignant dans ses ca
7. qui correspond la cr ation du didacticiel un programme de suivi du didacticiel un programme d valuation Le syst me auteur S E A O est un syst me ouvert c est dire qu n importe quel moment dans une s quence de cours il peut faire appel un programme externe et reprendre la s quence l o elle a t interrompue Dans notre cas le programme externe appel par S E A O sera le syst me expert caract ris par sa repr sentation des connaissances son m canisme d inf rences III 2 2 La repr sentation des connaissances Les connaissances sont nonc es sous forme de faits et de r gles la base de faits Elle m morise toutes les notions l mentaires retenues dans un cours diff rents niveaux plus pr cis ment les concepts entit s plus petites unit s d enseignement et les propri t s associant deux concepts Nous trouvons au niveau 0 gt les pr requis entit s v hiculant un savoir consid r par l auteur comme acquis par l apprenant lorsque celui ci d bute un cours au niveau i gt les concepts chaque page de cours manipule de nouvelles entit s d termin es partir de celles des niveaux inf rieurs et LE BULLETIN DE L EPI CONCEPTION DES TUTEURS INTELLIGENTS 102 d finies par des propri t s porteuses soit d informations l mentaires soit d agr gation d informations l mentaires la base de r gles Le formalisme adopt pour les r gles est
8. 95 SUR LA CONCEPTION DE TUTEURS INTELLIGENTS Marie No lle BESSAGNET Marie Fran oise CANUT I INTRODUCTION Les applications de l informatique dans la formation ont un aspect tr s fortement interdisciplinaire Elles touchent autant les domaines de la psychologie cognitive de la linguistique de la recherche en sciences de l ducation que ceux de l informatique QUE 88 Nous donnerons une d finition de l E A O Enseignement Assist ou Education Aid e par Ordinateur comme tant l utilisation d un mat riel informatique et de logiciels appel s logiciels ducatifs en vue d assurer tout ou parties d un processus de formation LEF 84 Nous pouvons toutefois relever une pr occupation commune l APPRENANT Dans ce sens l le principe fondamental de Il E A O s appuie sur l auto ducation c est dire l auto apprentissage associ l auto valuation Cet ensemble est alors consid r comme un processus d acquisition des connaissances GOU 86 Les apports de l Intelligence Artificielle l E A O s envisagent donc de diff rentes mani res d une part par les d veloppements de la repr sentation et de la manipulation des connaissances et plus particuli rement de leur transmission d autre part l application de certains mod les d velopp s dans le domaine de l E A O travers les m thodes mod les et outils d Intelligence Artificielle vont permettre de r soudre certains probl mes de la Com
9. II 2 3 La fonction de ULP1 est la v rification et mise niveau des pr requis La hi rarchie des concepts associ s au didacticiel en vue de l enrichissement de la base de connaissances du domaine relatif ULP1 est la suivante Objectif mise niveau de connaissances des r visions ainsi que l apport d informations compl mentaires d ordre quantitatif LE BULLETIN DE L EPI CONCEPTION DES TUTEURS INTELLIGENTS 104 Strat gie p dagogique en trois actes parties de l atome noyau neutralit lectrique et cort ge lectronique Sc nario associ si la r ponse est compl te la v rification se fait en parcourant les pages de pr sentation page PRn qui supportent les sollicitations et les pages de remise en forme des concepts si la r ponse est incompl te le branchement se fait des circuits de compl ment page PPn si la r ponse est fausse l apport des connaissances correspondantes est assur par le biais de Q C M question choix multiples ou par les pages de remise en forme des concepts si la r ponse est impr vue il y a v rification ou explication des concepts par appel au syst me expert Le fonctionnement g n ral du dispositif exp rimental pour un module d enseignement ici ULP1 lors d une question pos e l apprenant est pr sent ici ventuellement toe envisag par l auteur aide LC pan age A t circuit de 77207 ys mo Spar compl ment Moteur
10. e de r gles mod lisant une strat gie j Ak est un sous ensemble de r gles simulant une attitude k Trois formes de m tar gles peuvent tre explicit es une par rapport au domaine Ces m tar gles sont susceptibles d engendrer un ensemble possible de r gles d un domaine p possible satisfaisant D domaine enseign sachant que SP strat gie p dagogique et A attitude sont fix es SI D et SP A ALORS D une par rapport aux strat gies p dagogiques Ces m tar gles sont susceptibles de donner une strat gie p dagogique possible satisfaisant un domaine D par rapport aux attitudes effectives A de l apprenant SI SP et D A ALORS SP une par rapport aux attitudes comportements d l ves Face une strat gie p dagogique donn e dans un domaine donn ces m tar gles donneront les attitudes possibles d un apprenant SI A et D SP ALORS A suivante probable Le sch ma suivant d crit l architecture d un syst me d enseigne ment intelligemment assist par ordinateur pilot par un syst me expert sur lequel nous pensons aboutir apr s un grand nombre d exp rimen tations M N BESSAGNET M F CANUT LE BULLETIN DE L EPI 107 Guidage intelligent per METAREGLES SYSTEME EXPERT Moteur d inf rences Module Explication Strat gies P dagogiques VI CONCLUSION Toutes les connaissances que nous cherchons formaliser r sultent d exp rimentations que nous men
11. finir Le moteur est aliment par un type de r gle r ductif L apprenant utilise alors le syst me expert en mode explication pr sentation des diff rents concepts et propri t s qui ont amen au concept sur lequel l l ve a but Le chemin parcouru par l apprenant d finit alors un nouveau plan pr dicatif Nous aurons ainsi un enrichissement de la base d enseignement M N BESSAGNET M F CANUT LE BULLETIN DE L EPI 103 Ayant pr sent les outils et le dispositif il nous a sembl important de l exp rimenter sur un didacticiel donn CLAPER IV EXP RIMENTATION ET R SULTATS pour un cours de chimie CLAPER Cr l aide du syst me auteur S E A O CLAPER est un ensemble de didacticiels portant sur le th me de la Classification P riodique des El ments et s adresse aux l ves de l enseignement secondaire Il recouvre 3 th mes r partis en cinq cours Structure d un atome cours 1 didacticiel ULP1 V rification et mise niveau des pr requis Topologie du noyau d un l ment cours 2 et 3 didacticiels ULP2 ULP3 et ULP4 topologie du noyau d un l ment Organisation du Cort ge lectronique cours 4 et 5 didacticiels ULP5 ULP6 ULP7 et ULP8 classification de HEISENBERG IV 1 R alisations C est au niveau du didacticiel ULP1 que l auteur peut d cider lors du traitement d une sollicitation l appel au syst me expert selon les modes de fonctionnement pr vus au chapitre I
12. mod le est bas e sur une synth se de mod les stables et dynamiques GOU 88 A partir des travaux de POS 77 sur l observation des actes p dagogiques et des fonctions de l enseignant et du diagramme qui r sume la connaissance de l autre dans un contexte d enseignement nous en d duisons une approche fonctionnelle qui par le biais de l informatique et du didacticiel introduit les partenaires les concepts d interactivit et d volutivit L approche behaviouriste par les mod les stables d crit les entit s et les relations des interactions entre les partenaires Le mod le de STONE LEAVITT permet d ajouter au mod le pr c dent des boucles d apprentissage une par partenaire Ce sont des boucles effets altern s donc en deux parties deux demi boucles Les processus perceptifs cognitifs de ces demi boucles s ex cutent selon deux modes d ductif ou inductif La synth se de ces approches permet de d finir le mod le d une action d E A O fig 1 LE BULLETIN DE L EPI CONCEPTION DES TUTEURS INTELLIGENTS 98 Acteur n temporel BOUCLE de 2 mise i dispositio INSTRUC TEUR 7 VU AUTEUR Administrateur Boucle de type A interactivit Acteur hr domi Boucle de type B volutivit temporel 7 lt P x Evaluateur etc Dans toute action d E A O le but d un dialogue global est de transmettre un savoir ou un savoir faire travers la boucle d apprentissage Ce
13. munication Homme Machine en situation d apprentissage Nous avons d fini un type de modules d E I A O Enseignement Intelligemment Assist par Ordinateur faisant appel aux techniques et LE BULLETIN DE L EPI N 56 CONCEPTION DES TUTEURS INTELLIGENTS 96 outils de l Intelligence Artificielle et plus particuli rement aux syst mes experts Ceci afin d tudier des syst mes tuteurs intelligents qui simulent deux modes alternatifs auteur apprenant selon trois modalit s p dagogique didactique m diatique Le syst me d Enseignement Intelligemment Assist par Ordinateur est construit partir de deux outils automatis s un syst me auteur et un syst me expert L exp rimentation d un tel syst me a pour but de g n raliser les connaissances p dagogiques didactiques et m diatiques II DEMARCHE COGNITIVE POUR LA DEFINITION DU MODELE D UNE ACTION D EAO IT 1 D marche cognitive Le probl me g n ral de l approche cognitive est de savoir comment on peut partiellement automatiser l activit de d cision mise en jeu par un expert humain Cependant les mod les mentaux et les m canismes cognitifs demeurent troitement li s des domaines tr s sp cifiques La g n ralisation passe par la d finition de mod les li s d une part la connaissance globale et pr dicative qui correspond aux vues de l enseignant et d autre part la connaissance locale diff renci e et g n ralement descriptive qui corresp
14. ond aux vues de l apprenant WEN 87 Ces recherches sont n cessairement pluridisciplinaires psychologues neurologistes cybern ticiens linguistes et informaticiens L objectif g n ral de l approche cognitive vise d finir un double statut de la connaissance la repr sentation et la manipulation des connaissances LAU 85 en tant que support de processus de compilation et d compilation des connaissances la transmission de la connaissance processus de commande tr s complexes heuristiques ou algorithmiques o l apport des simulations mod lisantes appara t comme un outil capable de donner une bauche de r ponse ce type de probl me Pour cela l approche cognitive utilise deux grand types de d marches M N BESSAGNET M F CANUT LE BULLETIN DE L EPI 97 l exp rimentation en tant que m thode privil gi e pour l tude des contraintes sur les diff rentes structures support du fonctionnement cognitif les techniques d observation syst matique comme d marche duale quand il s agit d tudier comment l activit du sujet est engendr e par les exigences de la t che la repr sentation qu il en a les moyens cognitifs qu il met en oeuvre Par rapport cette d marche il nous a sembl utile de d finir une mod lisation d une situation d apprentissage dans le dialogue Homme Machine en E A O II 2 D finition du mod le s appuyant sur cette d marche cognitive La d finition du
15. ons sur le syst me d crit et ce dans des domaines autres que la chimie Les principales en 1988 ont port sur un didacticiel de comptabilit passation d une criture comptable o le syst me auteur est S E A O mais o le syst me expert joue non seulement le r le d explication de v rification mais est aussi capable de d tecter le type d erreur commis par l apprenant et de le diriger vers une aide particuli re TER 88 le comportement des pilotes d avion sur un cours d E A 0 d entra nement au syst me de gestion de vol Flight Management System Trainer ce en coop ration avec la soci t AEROFORMATION Le syst me auteur utilis est le syst me VACBI L objectif est de d velopper un syst me de simulation mod lisante par syst me expert qui serait adapt l l ve pilote en situation d apprentissage FOU 88 Nous esp rons par ces diff rentes exp rimentations trouver une solution entre la connaissance globale pr dicative imagin e par l auteur sous forme de plans pr dicatifs et la connaissance locale diff renci e per ue par l l ve et d crite sous forme de r gles plans comportementaux LE BULLETIN DE L EPI CONCEPTION DES TUTEURS INTELLIGENTS 108 Ceci en vue de cr er les diff rentes bases de connaissances et m taconnaissance qui seront n cessaires pour un module d enseignement pilot par un syst me expert BESSAGNET Marie No lle et Marie Fran oise CANUT Laboratoire L I C I A
16. pacit s d expert du domaine et de p dagogue COR 84 Les principes de l E I A O sont les suivants _ les programmes vocation p dagogique devront eux m mes tre des experts du domaine _ ces programmes devront poss der une th orie explicite des strat gies p dagogiques qu ils utilisent _ le d roulement de ces programmes s effectuera en regard du comportement profil de l l ve Nous d finissons pour l E I A O les trois expertises suivantes voir figure 2 une sur le domaine enseigner une sur le dialogue une sur la p dagogie se d composant en deux parties gt expertise sur les dialogues avec l l ve gt expertise sur les attitudes des apprenants en situation d apprentissage Nous rappelons quelques d finitions importantes Concept plus petite unit d enseignement Comportement attitudes effectives de l l ve face un plan pr dicatif Plan pr dicatif chemin des diff rents concepts assimiler pour arriver un objectif donn vues du ma tre gt attitudes attendues de l l ve Strat gie p dagogique ensemble de plans pr dicatifs pour un objectif donn LE BULLETIN DE L EPI CONCEPTION DES TUTEURS INTELLIGENTS 100 Strat gies p dagogiques formalisent les interactions entre la vue de l l ve et la vue du ma tre an Ja pmp de l apprenant du ma tre Champ exp rimental II 2 Description du dispositif exp rimental le syst me d E I A O
17. re enregistr es gt sur un domaine donn pour une attitude donn e Si l attitude de l apprenant n est pas celle pr vue par l auteur mais correspond une attitude qui peut entra ner un plan pr dicatif nouveau Ce dernier apr s validation sera construit par le ma tre et enrichira la base de connaissances des strat gies p dagogiques gt pour une strat gie fix e sur une attitude d l ve observ e Si la r ponse apprenant donn e ne fait partie ni de la strat gie fix e ni de la base de connaissances du domaine cette r ponse est m moris e dans un agenda que l expert du domaine sera tenu de consulter r guli rement Si cette r ponse est un concept manquant l expert apr s analyse modifiera la base de r gles sur le domaine V 2 Conception des m tar gles Les m tar gles constituent une base de connaissances appel e m taconnaissance qui pilot e par le syst me expert dirigera le syst me sur l une des trois bases de connaissances pr sent es pr c demment Il y a alors pilotage de l apprenant par syst me expert C est la base de m taconnaissance qui va jouer sur les diff rents niveaux d expertises LE BULLETIN DE L EPI CONCEPTION DES TUTEURS INTELLIGENTS 106 Le formalisme des m tar gles sera celui des r gles de production dont la forme premi re est la suivante SI D et SP et A ALORS VARIABLE o Diest un sous ensemble de r gles formalisant le domaine i SP est un sous ensembl
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